家用电子产品的安全设计与研究

2022-09-13

1 家用电子产品中存在的危险因素

各种各样的电子产品丰富了我们的生活, 使我们的生活更便捷, 更精彩。凡事都有两面性, 它们在给我们带来快乐的同时也会带来一些危险。

1.1 电子产品本身包含危险因素

这里所说的电子产品, 包括在家庭生活过程中的日用电子产品, 包含的危险因素来自于家用电子产品本身:不健康的物质和射线, 电以及部分危险化学品等方面。

1.2 使用产品的过程或者环境包含危险因素

家用电子产品在使用的过程中, 由于使用产品所从事的活动本身就具有一定的危险性, 所以也存在安全问题。

1.3 特殊人群的特殊危险

家用电子产品应该分别分析各种特殊人群的特点和需求, 以保障他们的生活安全, 保证产品被他们使用时不会造成伤害。特殊人群主要包括老人、儿童和残疾人。

2 家用电子产品的安全设计

以前我国消费类电子产品是指用于个人和家庭与广播、电视有关的音频和视频产品。主要包括:数码相机、手机、电视机、影碟机、收音机、收录机、组合音响等。现在则把电话、个人电脑、家庭办公设备、家用电子保健设备、汽车电子产品等也归在消费类电子产品中。这里我所讨论的电子产品包括以上提到的所有产品。安全是家用电器产品进入市场前必须优先解决的问题, 这一要求不仅在我国以一系列法律、法规和强制标准中规定, 也是世界各国对家用电器产品一致采用基本原则[1]。目前这一类电子产品的安全性设计未能达到要求, 如外壳的阻燃、防触电、绝缘性能、结构要求、安全标志等都存在着较多的问题, 这将直接影响使用者的生命和财产安全。

电子产品可能包含的危险有以下七种。

(1) 电击触电 (Electric Shock) :电击触电危险是指人受到过高电压的意外接触而造成电击伤害或人体流过限值以上电流而造成人身伤害。防电击触电危险设计是正确选择符合安全要求的绝缘材料并在结构上保证设备的可触及部分与危险电压的绝缘隔离可以避免电击危险的发生。例如:可以在电器产品设计中使用绝缘安全件以防人体直接触及到带有超过规定电压的电器元件, 以保证人体与大地之间或者人体与其它可触及导电部件之间形成回路时流过人体的电流在规定值以下[2]。

(2) 能量 (Energy Hazards) :大电流电源或大容量电容相邻电极短路, 会引起飞弧、燃烧、冒出熔融金属。设计的预防措施有:隔离、屏蔽和设置安全联锁装置[2]。

(3) 火灾 (Fire Hazards) :包括部件过热引起着火及火焰的蔓延两方面内容。解决方法是对线路及结构加以调整限制, 防止产生火源, 选用阻燃材料防止火焰蔓延。采用防火防护外壳限制火焰蔓延, 防火防护外壳的设计要求请参见GB 4943中4.6、4.7的有关条款。

(4) 机械 (Mechanical) :产品在使用时由于设备的边缘锋利毛刺引起人身伤害或者由于产品自身支架不稳定或运动部件倾倒而伤及人身。采用将产品的尖锐边缘及边角磨圆;产品外部提供遮蔽措施;安全内断开关的设计;无支撑的产品部分必须有充分的稳定性;若无法避免使用者的接触, 必须提供警告标识。

(5) 热 (Heat Hazards) :产品局部温度过高导致某些材料软化致使绝缘材料破坏而造成触电危险, 可以在使用者可接触的产品区域, 采取避免产生高温的措施;避免温度超过液体的燃点;若接触热区域是无法避免的话, 则必须提供警告标识。以确保这一危险隐患。

(6) 辐射 (Radiation Hazards) :产品的各种辐射应限制在规定限值以下, 这些辐射指标有:电离辐射, 主要是X射线辐射, 第二阳极高压不要太高, 还可设置保护电路, 使得当阳极电压过高时, 保护电路动作, 扫描电路停止工作, 使电路进入自保护状态, 防止电离辐射超限。激光辐射, 当不能降低激光发射系统的可达发射水平时, 采用适当的防护措施, 防止手动打开盖子, 接触超过相关限值的激光辐射。例如采用金属壳封闭、安全连锁装置等。

(7) 化学 (Chemical Hazards) :产品设计中所使用的化学材料所散发出的气体会对生活环境造成影响或者毒气危险。例如:家用电脑工作过程中会产生臭氧, 在产品设计时应估算产生臭氧的浓度不要超过0.1ppm (0.2mg/m3) 。某些物质是被标准禁用的。在产品的设计开始阶段要予以注意和材料更换。

3 产品安全设计时采用的具体设计方法

3.1 可靠性设计在安全设计中的应用

产品设计师重在研究通过改进产品的工作方式或组织结构来实现产品的安全性。产品设计师的角度就可靠性设计中可以分为的并联、串联与旁联设计等三个方面。下面本文就并联设计进行举例分析。

并联设计是将关键设备或分系统采用并联方式, 当参与工作的设备或分系统全部失效时, 整个系统才失效。或者只要有一个设备或分系统正常工作, 系统就能完成其规定的功能。这种系统的特点是所有设备同时参与工作。

比如洗衣机上的甩干机, 甩干制停功能和打开机盖功能是相关联的。打开洗衣机机盖设备与甩干制停设备属于并联关系。甩干机正常运行时, 打开机盖功能一旦启动, 甩干制停功能也随之启动, 此处的关键设备是为了制停产品而设置的。

3.2 人机工程设计

产品设计首先要把人和产品分开讨论。分别分析“人的因素”和产品的特性。然后, 再把人和产品作为一个整体, 合理分配人和产品的功能。最后还要考虑环境对人和产品的影响, 因为人机系统不是孤立存在的, 它必定存在于某个环境之中。

“人的因素”包括生理因素和心理因素。人的生理因素包括人体尺寸、人的体能和人的体力。人的心理因素包括人的感知、认知、情感、精神、社会等[3]。我们需要逐一分析“人的因素”对人机系统安全性的影响。

另外, 环境对产品设计安全性影响也很大, 一种环境下使用安全的产品换一种环境就可能不安全。环境因素包括温度、湿度、噪声、照明、加速、振动、污染和失重等。[4]家用电器的操纵人员的作业环境需要得到改善:室内要有适宜的温度和湿度, 中心控制室应用不燃或阻燃材料装修, 地板要绝缘, 室内空气要新鲜, 能够放松操纵人员的心情, 防止因为紧张而出差错导致危险。